DOI : 10.15901 /j  ki . 1007-497x .2021.04.007
西卡太阳能屋面系统在英国德蒙福特大学
平屋面h 的应用
卢嫔婷
(西卡渗耐防水系统(上海)有限公司，上海201108)
摘要：西卡专门开发的与高分子材料同材质的光伏发电系统专用连接配件—Sika Solar M m im -l，在底部与卷材直接热
焊，顶部卡住光伏组件支架，使光伏发电系统与单层屋面防水系统形成统一整体，从而实现保温、防水与光伏发电的完美 结合：本文以英国德蒙福特大学平屋顶上安装太阳能屋面系统为案例，介绍了西卡大阳能屋面系统的设计与安装 关键词：光伏发电系统；柔性单层屋面；P V C 防水卷材；专用连接配件文章编号：l 〇〇7_497X (2021 )-04-0032-04
中图分类号:TU231 ;T U 76I.1*1
文献标志码：B
2021年第4期
中国建筑防水 2021 No .44 月
China  Building  Waterproofing
April
Application of Sika Solar Roof System on Flat Roof of De  Montfort University in the UK
Lu  Pinting
(Sika Waterproof System (Shanghai) Co., Ltd., Shanghai 201108. China)
A b stract ： Sika Solar Mount-1. a special connection fitting of photovoltaic power generation system developed bv Sika. is made of the same* material as polymer material. It is directly welded with membrane at the bottom, and its top part will hold the support of photovoltaic modules. It makes the photovoltaic* power generation system unite with the single layer roof waterf)roofing system to fomi a whole, and achieve a perfect combination of insulation, waterproofing; and photovoltaic power generation. Phis paper introduces the design and installation of Sika solar roof system based on the example of installing solar roof system on flat roof of De Montfort University.
K ey  w ord s : |)hotovoltair power generation system: flexible single-layer roof; PVC water|)roofing membrane; spt*cial connection fitting
随着石化燃料成为人类主要能源，其所造成的环 境污染也让人类得以生存的地球生态正朝着不可逆 转的方向恶化。开发与利用太阳能，无论对于解决化 石能源的祜竭还是减缓温室效应、改善生态环境都有 不可替代的意义。
如何充分利用太阳能？在以建筑为主的城市， 人为拔高的“地表”—
屋顶，便成为利用太阳能进行
收稿日期:2021-01-27
作者简介：卢嫔婷，女，工程师，西卡渗耐防水系统（上海）有限 公司屋面部产品经理联系地址：20丨108上海市闵行区莘庄工 业园华宁路4555号
光伏发电最合适的载体之一。对于建筑界人士，在实 现建筑原有功能的同时，融入屋顶太阳能发电这项新 需求，解决一系列技术问题，是一项迫在眉睫的新课 题。
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西卡太阳能屋面系统介绍
西卡，作为一家国际知名化工企业，其单层屋面 防水系统迄今在全球安装已超过7亿m 2。但是，单层 屋面系统作为光伏发电系统的最佳载体，怎样结合二 者，使其平衡和融合，既不破坏原有防水系统，乂能同 时增加屋面的附加值，也是一项新挑战。2011年，西 卡与Centmplan 合作并开发出与高分子材料同材质
卢嫔婷：两K •太阳能屋面系统在英国德蒙福特大学平屋面上的应州
的光伏发电系统专用连接配件——Sika  Solar  Mount - 1(以下简称SSM 1 )，其可以直接通过热风焊接T .艺焊 接在屋面防水卷材上，同时咬扣住光伏组件三角支 架，形成稳固结构。在不破坏屋面防水卷材的情况下， SSM 1所连接的光伏发电系统与已完工的单层屋面防 水系统形成统一整体，从而实现保温、防水与光伏发 电的完美结合（如图1)。
保温材料
福特公司简介
隔汽膜
一屋面基层(轻钢、混凝土等)
光伏组件及P V 模块
Sika Solar Mount-1 扣件
柔性防水卷材
图1西卡太阳能屋面系统模型
众所周知，在旧屋面上新增太阳能光伏系统的基 本技术要求，包括耐久性能、安全性能以及可靠性能。 而在屋面防水系统和光伏系统之间的连接固定便是 整个系统成功的关键，既要保持屋面防水功能的严密 性，又要保证新增光伏系统的稳同性。西卡专门开发 的与防水主材同材质的连接件SSM  1 (如图2 )，在底 部与卷材直接热焊，顶部卡住光伏组件支架，拓展了 屋面系统的多样性，并经过欧洲标准和美国标准各种 严苛的安全性测试，以及多项不同方向的力学破坏测 试，力保整个组合可靠牢固。
图2
专用连接件Sika So 丨ar Mount-1(左）
及其与三角架的连接示意(右）
2系统安全性验证一-风洞测试
在既有建筑屋面上新增光伏发电系统，其结构安 全性以及后加系统的抗风揭是最主要考虑因素，因此 在前期计划安装太阳能光伏系统时，应首先与设计师 沟通建筑结构的承载能力，并按照当地基本风压、雪
荷载进行太阳能光伏系统的荷载计算和布局设计。
安装在屋面上的光伏方阵主要受风荷载作用，因 此抗风设计是安全的关键因素。不管是单层屋面防水 系统，还是太阳能光伏发电系统，均要承受自然风对 其安全稳固性的考验。两卡的单层屋面防水系统，已 通过欧洲标准ETAG  006动态风荷载测试的多次验 证，并经过多年实际项H 自然验证，同时还获得了 B B A 机构35年的实际使用年限的认证以及预计使 用40年的认证。西卡太阳能光伏系统的连接件，也已
经通过了严格的边界层风洞测试(如图3)。
图3
西卡太阳能系统模型边界层风洞测试
那么，何为边界层风洞测试呢？在接近地表大气 层（俗称边界层），风力随高度变化而变化，试验过程 中.由人为控制气流来模拟大气边界层流体力学特 性，在洞状设备中通过建筑模型模拟实际环境受力来 确定测试样本的可靠性，同时获得相关体型系数作为 实际项目的计算依据。
在专业实验室进行边界层风洞试验，确定SSM 1 在实际项目环境中所承受载荷参考值、系统排布比例 等参数。通过西卡专有软件，可以计算所需的太阳能 连接扣件的数量和每个子阵列的安装间距，输出包括
项目特定的光伏组件布局、压载平面图和施丁.文件。
同时，西卡通过不同的安装系统，进行大量的内 部破坏测试，如在机械固定系统下，对连接组件试件 组合施以横向力以及纵向力进行剪切破坏试验。测试 结果表明,PV C 卷材与SSM 1之间的焊接缝可承受纵 向外力高达4 500 N (图4左）、横向外力高达2 400 N (图4右），确保系统的万无一失。
2021年第4期中国建筑防水总第436期
图4对试件施加横向外力（左)和纵向推力（右)进行剪切测试3系统设计与施工
3.1项目概况
德蒙福特大学（De Montfort University，简称 DMU)坐落在英格兰的莱斯特郡，是一所优质的综合 性大学。本项目是其中一栋教学楼屋面，为混凝土结 构，校方于2015年计划翻新该屋面，其中计划安装光 伏系统的面积约为1 〇〇〇m2，作为节能试点。屋面翻 新方案选择西卡单层防水系统，即采用Sarnafil 1.8 mm厚PVC防水卷材机械固定系统，以当地基本风压 和雪荷载为基本参数，参考当地日照及光影分析，使 用西卡太阳能光伏系统的专业计算软件1F I风载计 算工具，确定光伏系统摆布形式以及安装数量、安装 位置，并计算出能源产量。模块铺设按照东西双向布 置，每排间距0.8 m，使用西卡走道板焊接在防水层 上，作为日常维护防滑步道。本屋面一共安装了 192 组模块，装机总容量为4 992 kWp。
3.2太阳能光伏系统设计
本项目业主选择东西双向布置光伏模块的方式 进行屋面系统的安装从投资角度考虑，南向单坡排布需要水泥块压铺抵抗风吸力，还需要使用挡风板，虽然单位面积发电量高，但投资成本高、安装容量小，整体投资收益较低；而东西双向排布的系统(如图5), 单位面积安装容量更高，相对而言整体投资收益更 高。
3.3太阳能支架固定扣件的选用
本项B采用的太阳能支架固定件为西卡SSM1。由于本项目屋面选用1.8mm厚PVC防水卷材机械 固定的单层屋面系统，作为连接配件,SSM1便可使用 热风焊接直接与大面PV C防水层材料焊为一体，形 成牢固的连接节点，不穿透防水层，不产生破坏点，并 将光伏系统后续组件所受风压传导至防水系统中的 紧同件及屋面基层上。
基于光伏系统与建筑的同生命周期设计理念，连 接组件的使用年限应与承载主体相同，SSM1的材质 与防水层的材质相同，且热风焊接的连接方式使其与 防水系统寿命同步，在某些光伏组件需要更换的情况 下亦不损害整个屋面的防水功能3
3.4施工工艺
本屋面采用PV C防水卷材机械固定在基层上，在已完工的西卡单层屋面防水大面上，继续安装光伏 组件及P V板材。
1 )定位放线：如图6所示，按照西卡IF1计算书，将太阳能安装区域及行距定位，做好标记。
2)组装光伏组件：如图7所示，将PVC垫片、光
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Sika SolarMount-1 东西向
卢嫔婷：两长太阳能屋曲系统在英M德蒙福特大学平屋面上的应用
图6安装区域定位放线图7光伏组件拼装
伏支架和SSM1组装成一体，并将组件使用电钻用螺
钉连接=角支架和导轨条，使整个组件支架固定结实 不产生位移。
3 )将组装好的支架体系按照定位线摆放，如图8 所示。
4)使用热风焊接的方式，将SSM1与大面PVC 防水卷材进行热风焊接，将整个光伏支架固定在屋面 上，如图9所示。
图X支架定位摆放图9 SSM1与屋面卷材热风焊接 SSM1与大面防水卷材热风焊接，与防水系统PVC卷材的施T.工艺相同。
5)安装P V板：如图10所示
图10 PV板安装
6)线路安装与最后并网X作完丁后的西卡太阳 能屋面系统，如图11所示；安装防滑步道后的屋面如 图12所示。
4项目完工及验收
整个屋面光伏系统安装，仅用了 10天时间便完 工并通过验收。本案例为翻新屋面，整套系统兼具防
图11已完工的西卡太阳能屋面系统
图12防滑步道
水和能源自生双重功能。首先在旧屋面上进行防水翻 新(未含在丨〇天的T.期内），同时拓展屋面空白区域 的功能，安装了光伏发电系统，无穿透破坏、无额外压 载、无模块位移风险。对于该两卡太阳能M顶系统，业 主表示非常满意。
5结语
充分将自然能量转化为我们需要的能源，是对环 境最好的保护我国幅员辽阔，拥有丰富的太阳能资 源，诖筑屋顶的太阳能资源同样值得我们充分利用 两卡的太阳能屋面系统，单层屋面防水系统和光伏系 统相辅相成、相得益彰，既充分利用了单层屋面系统 防水的耐久性、固定件的稳固性、后期维护的便捷性，乂兼收了光伏系统能源不枯竭的永久性、再生能源的 无污染和无公害性、太阳能无地域限制的便利性，将 太阳能这个被称为最理想的新能源成功转化成人类 所需的能源，是实现建筑节能、生态保护的益国利民 之举。
(编辑：庞正其）